“怎样让机器人变得更聪明?”,目前有很多的机器人企业正在思考这个问题,除了视觉,力觉的运用在让机器人变得更智能的方面也有了更多的探索,力传感器的使用就是一个很好的例子。“力传感器+机器人”能碰撞出什么火花?大到机器人的运动控制,小到零件的插孔装配,力传感器的在机器人行业的运用价值越来越大。据中国传感器市场现状调研与发展趋势分析报告(2016-2020年)显示,目前我国已有1700多家从事传感器的生产和研发的企业,同时,传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域。如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。而作为传感器中的一种,力传感器与机器人的联系也愈发紧密。
在所有类型的工作中,对有触觉的机器人需求比较大的就是打磨工作,因为在打磨工作中,粉尘对人体的伤害很大,并且打磨工作强度大且安全事故频发。ABB德国研究中心首席科学家丁昊博士指出,打磨主要是分为两块,一个是传感器,能够接受到比较可靠的信息,而且这个信息相对来说比较精准,一个是控制,主要是力控,基于模型的控制相对来说会比较可靠。他们通过市场调研发现力传感器在工业级的主要运用领域是装配和打磨,而现在他们研究的力传感器主要是针对打磨工序。而就目前的市场情况来看,对于打磨精度要求较高的行业主要是3C行业,而且3C行业劳动密集度高,迫切需要实现自动化改造。再加上3C行业的柔性化需求,需要更高智能的打磨机器人才能更好的满足市场需求。
多维力传感器是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器,多维力完整的形式是六维力/力矩传感器,即能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器,目前广泛使用的多维力传感器就是这种传感器。在笛卡尔坐标系中力和力矩可以各自分解为三个分量。南京神源生智能科技有限公司长期致力于多维力传感器的研究及研发生产,目前已有多款力传感器产品畅销全国,包括六维力传感器、二维力传感器、三维力传感器等。
从检测运动物体到传输带上的零件定位,使机器人可以根据接收到的信息适当调整自己的动作;如果说视觉传感器给了机器人眼睛,那么六维力传感器则赋予机器人触觉,利用力矩传感器感知末端执行器的力度;除了考虑机器人自身的正常运作,为了保障作业人员的安全,机器人还应安装上安全传感器,当机器人感知到异常的力度时,触发紧急停止,从而确保作业人员的安全。六维力传感器改善了机器人工作状况,使其能够更充分地完成复杂的工作。这也是为什么六维力传感器对于机器人至关重要的原因。
六维力传感器,也称“六轴力传感器”,是多维力传感器中的一种,实际上就是一种能够同时检测3个力分量和3个力矩分量的力传感器。作为一个仍在发展的研究对象,多维力传感器在机器人,特别是研制高性能多维力传感器和运用多维力传感器中还存在很多问题,也是研究新型多维力传感器的难点问题。相对于单维力传感器,六维力传感器主要作用于空间三个方向的力,除了要解决对所测力分量敏感的单调性和一致性问题外,还要解决因结构加工和工艺误差引起的维间(轴间)干扰问题、动静态标定问题以及矢量运算中的解耦算法和电路实现等,可以说,六维力传感器是单维力传感器的升级版本。六维力传感器的优势首先是可以力觉拖动示教,降低示教工作量,其次可以保证对打磨面的法向打磨,最后可以实现对复杂未知曲面的跟踪打磨。
零点输出:优质小量程六维力传感器采购所加负载为零时传感器的输出。传感器通电连接好后,在采集软件端进行采集,不加负载时,这时候传感器的输出为零点输出。满量程输出:测量范围的上限和零点输出值之间的代数差。当传感器的量程为200N时,加载200N砝码时的输出值与零点时的输出值之间的差值即为满量程输出值。刚度:优质小量程六维力传感器采购刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征。
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